DE4446211C1

DE4446211C1 - Verfahren und Anlage zur Aufbereitung kampfstoffvergifteter Wässer

Info

Publication number: DE4446211C1
Application number: DE4446211A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl Chem Grabowski; Michael Dipl Ing Dolle; Ingo Dipl Ing Haeser
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium der Verteidigung
Current assignee: Berkefeld-Filter Anlagenbau 29227 Celle De GmbH
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2014-12-24
Also published as: WO1996020135A1; ES2151613T3; DE59508667D1; CA2208201A1; ATE195704T1; US5897780A; DK0799158T3; EP0799158B1; AU4434096A; EP0799158A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 7.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Anlage ist aus der EP-0 352 779 B1 bekannt. Dieses Verfahren ist jedoch nur eingeschränkt zur Aufbereitung von kampfstoffvergifte ten Süßwässern geeignet. Denn Kampfstoffe haben die Eigen schaft, daß sie wie Weichmacher auf die semipermeablen, aus organischen Materialien gebildeten Membranen von Trenn stufen einwirken. Dies führt dazu, daß Kampfstoffe nach einigen Stunden Betrieb in immer größerem Ausmaß die Membranen von Trennstufen durchdringen.

Der Erfindung liegt ausgehend vom bekannten Fall die Auf gabe zugrunde, die Aufbereitung von kampfstoffvergifteten Wässern zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich nenden Merkmale des Anspruches 1 oder 7 gelöst.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Membranen der nach der Unkehrosmose arbeitenden Trennstufen selbst nach langer Betriebszeit nicht in unzulässigem Maße von Kampfstoffen durchdrungen werden. Mit anderen Worten ausge drückt, behalten die Membranen ihre sperrende Wirkung gegen Kampfstoffe unabhängig von der Betriebsdauer bei. Die aus organischen Polymeren gebildeten Membranen können beispielsweise aus Polypropylen, Polyamid, Polysulfon oder Acetat bestehen. Gemäß der Erfindung salzt man das Roh wasser auf, was genau dem Gegenteil von üblichen Verfahren zur Trinkwassergewinnung entspricht. Denn mit steigendem Salzgehalt des Rohwassers vergrößert sich der auf das Rohwasser aufzubringende Druck, um die Trennstufe betreiben zu können. In völlig überraschender Weise zeigte sich, daß durch die Aufsalzung die chemische Stabilität der Membranen gegen Kampfstoffe erhalten bleibt. Den Vorteil, den man durch die Erhöhung der Standfestigkeit der Membranen erhält, überwiegt bei weitem den Nachteil, den man sich durch die Aufsalzung des Rohwassers einhandelt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung geben die Ansprüche 2 bis 6 und 8 bis 11.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 eine nach der Umkehrosmose arbeitende Trennstufe als Prinzipskizze;

Fig. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung, daß durch die Aufsalzung des Rohwassers die Membran gegenüber Kampfstoffen stabil bleibt.

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt einer Anlage zur Aufbereitung kampfstoffvergifteter Wässer mit einem Salzgehalt von unter 500 ppm. Bei den aufzubereitenden Wässern kann es sich bei spielsweise um Fluß-, See- oder Grundwasser handeln. Der dargestellte Abschnitt der Anlage betrifft eine Trennstu fe 10, die nach der Umkehrosmose arbeitet und eine aus organischen Materialien gebildete, semipermeable Membran aufweist. Dort wird das zugeführte Rohwasser 11 in Retentat 12 und Permeat 13 aufgeteilt. Mit der Druckpumpe 14 wird der vor der Membran der Trennstufe notwendige Arbeitsdruck des Rohwassers erzeugt. Das der Trennstufe 10 zugeführte Rohwasser 11 hat man bereits durch eine Feinfilterung vor behandelt.

Das Problem bei der Aufbereitung von kampfstoffvergifteten Wässern besteht darin, daß Kampfstoffe die Standzeit von Trennstufen, die nach der Umkehrosmose arbeiten, drastisch herabsetzen. Denn die hierbei verwendeten semipermeablen Membranen aus organischen Polymeren werden durch Kampf stoffe aufgeweicht. Dadurch durchdringen die Kampfstoffe mit ansteigender Betriebsdauer der Anlage in immer größerem Ausmaß die semipermeable Membran und gelangen ins Permeat. Die Kurve A in Fig. 2 verdeutlicht dies und zeigt, daß die Konzentration c′′ des Kampfstoffes im Permeat bereits nach wenigen Stunden Betrieb der Anlage den Grenzwert c′′_G über schreitet.

Um die Membranen gegenüber Kampfstoffen zu stabilisieren, salzt man das Rohwasser mit einer Dosiervorrichtung 20 (Fig. 1) auf und führt es mit einem Salzgehalt von über 3000 ppm der nach der Umkehrosmose arbeitenden Trenn stufe 10 zu. Zur Überwachung wird der Salzgehalt in einer Meßvorrichtung 40 gemessen. Dies kann mittelbar über die Feststellung der Leitfähigkeit erfolgen. Das durch die Aufsalzung erzielte Ergebnis zeigt der Kurvenverlauf B in Fig. 2. Danach bleibt die Konzentration c′′ des Kampfstoffes im Permeat unabhängig von der Betriebsdauer t konstant und unterhalb des Grenzwertes c′′_G.

Um die Aufsalzung möglichst einfach zu gestalten, führt man entsprechend Fig. 1 das von der Trennstufe 10 erhaltene Retentat 12 im Kreislauf wieder zurück. In diesen Kreislauf gibt man zu Beginn der Aufarbeitung so viel Salz zu, bis sich der geforderte Mindestsalzgehalt vor der Trennstufe 10 einstellt. Zweigt man nichts vom Retentat 12 ab, verbleibt das Salz im Kreislauf des Retentats 12, da nur sehr geringe Salzmengen ins Permeat 13 übergehen. Im Gegensatz zu einer Ableitung des Retentats 12 ergibt der Kreislaufbetrieb fol gende Vorteile:

- Der Salzbedarf für die Aufsalzung ist gering, was die Logistik erleichtert.
- Der Anteil des aufbereiteten Wassers zum zugeführten kampfstoffvergifteten Wasser liegt hoch.

Mit den erzielten Vorteilen des Kreislaufbetriebes handelt man sich auch den Nachteil ein, daß sich der Kampfstoff mit steigender Betriebsdauer aufkonzentriert.

Um Abhilfe zu schaffen, zersetzt man den sich im Kreislauf des Retentats 12 ansammelnden Kampfstoff in einem Aggre gat 30. Dies kann kontinuierlich oder diskontinuierlich er folgen, wobei es genügt, daß man den Kampfstoff entspre chend der Fig. 1, in einem Teilstrom zersetzt.

In dem Aggregat 30 baut man zumindest kurzzeitig einen Druck von mindestens 219 bar auf und erhitzt die durchströ mende Flüssigkeit auf mindestens 375°C, um den Kampfstoff zu zersetzen. Hierzu ist im Aggregat 30 eine Druckpumpe und eine Heizschlange eingebaut.

Der Energiebedarf für das Aggregat 30 liegt hoch. Um diesen Bedarf zu verringern, wärmt man den kalten Strom, den man dem Aggregat 30 zuführt, mit dem von dort abgeführten hei ßen Strom vor. Hierzu dient der Wärmetauscher 31.

Zur Aufsalzung des Rohstromes 11 eignet sich in hervor ragender Weise Kochsalz, da es überall erhältlich und in relativ geringer Konzentration die aus organischen Materialien bestehenden Membranen gegen Kampfstoffe stabilisiert.

Nach einer zu Anfang der Aufbereitung vorgenommenen Auf salzung erhöht sich der Salzgehalt des im Kreislauf geführ ten Retentats sogar, weil frisches Rohwasser immer einen gewissen Salzgehalt aufweist. Um zu verhindern, daß der Salzgehalt des Retentats einen oberen Grenzwert überschrei tet, zieht man kampffreie Flüssigkeit über das Ventil 50 solange ab, bis sich unter Zuführung von frischem und salzarmen Rohwasser der gewünschte Salzgehalt einstellt.

Die Aufbereitung von kampfstoffvergiftetem Wasser erfolgt automatisiert über eine speicherprogrammierbare Steuerung. Mit dieser Steuerung werden alle Ventile selbsttätig ge öffnet und geschlossen. Ferner überwacht die speicher programmierbare Steuerung die Temperatur des der Trenn stufe 10 zugeführten Rohwassers 11, damit die zulässige Betriebstemperatur der semipermeablen Membran nicht über schritten wird. Dieser Fall kann eintreten, wenn über das Aggregat 30 zur Zersetzung von Kampfstoff geleitetes Permeat 12 nicht ausreichend rückgekühlt wird.

Bezugszeichenliste

A Kurve einer herkömmlichen Anlage
B Kurve der neuen Anlage
10 Trennstufe, die nach der Umkehrosmose arbeitet
11 Rohwasser
12 Retentat
13 Permeat
14 Druckpumpe
20 Dosiervorrichtung für Salz
30 Aggregat zur Zersetzung von Kampfstoffen
31 Wärmetauscher
40 Meßvorrichtung
50 Ventil.

Claims

1. Verfahren zur Aufbereitung kampfstoffvergifteter Wässer mit einem Salzgehalt von unter 500 ppm, wobei man in einer nach der Umkehrosmose arbeitenden Trennstufe (10) mit einer aus organischen Materialien gebildeten, semipermeablen Membran zugeführtes Rohwasser (11) in Retentat (12) und Permeat (13) aufteilt, dadurch gekennzeichnet, daß man das Rohwasser aufsalzt und mit einem Salzgehalt von über 3000 ppm der nach der Umkehrosmose arbeitenden Trennstufe (10) zuführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß man das Retentat (12) im Kreislauf der Trenn stufe (10) rückführt, und
- daß man zu Beginn der Aufbereitung zur Aufsalzung des Rohwassers (11) Salz dem Kreislauf des Retentats (12) zugibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den sich im Kreislauf des Retentats (12) an sammelnden Kampfstoff

- zumindest in einem Teilstrom des Kreislaufes des Retentats (12)
- entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich

in einem Aggregat (30) zersetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kampfstoff im Aggregat (30) durch

- Druck von mindestens 219 bar und
- Temperatur von mindestens 375°C

zersetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den dem Aggregat (30) zugeführten Strom mit dem dort abgeführten Strom in einem Wärmetauscher (31) vor erwärmt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Rohwasser (11) mit Kochsalz aufsalzt.

7. Anlage zur Aufbereitung kampfstoffvergifteter Wässer mit einem Salzgehalt von unter 500 ppm, bestehend aus einer nach der Umkehrosmose arbeitenden Trennstufe (10) mit einer aus organischen Materialien gebildeten, semipermeablen Membran zur Aufteilung von zugeführtem Rohwasser (11) in Retentat (12) und Permeat (13), gekennzeichnet durch

- eine Dosiervorrichtung (20) für Salz zur Aufsalzung des der nach der Umkehrosmose arbeitenden Trennstufe (10) zugeführten Rohwassers auf einen Salzgehalt von über 3000 ppm, und
- eine Meßvorrichtung (40) zur Messung des Salzgehaltes des der Trennstufe (10) zugeführten Rohwassers.

8. Anlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Leitungen zur Rückführung des Retentats im Kreislauf zur Trennstufe (10).

9. Anlage nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein zumindest in einen Teilstrom des Kreislaufes des Retentats (12) zwischengeschaltetes Aggregat (30) zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Zersetzung des sich im Kreislauf des Retentats (12) ansammelnden Kampfstoffes.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat (30) zur Zersetzung des Kampfstoffes eine Druckpumpe zur Erzeugung von mindestens 219 bar und eine Heizschlange zur Erzeugung einer Temperatur von mindestens 375°C aufweist.

11. Anlage nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (31) zur Vorerwärmung des dem Aggregat (30) zugeführten Stromes mit dem vom Aggregat (30) abgeführten Strom.